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目前支流的 MRAM 利用巨磁阻效应(GMR）和磁性隧道结(MTJ)）的隧穿电阻效应来进行存储。以 MTJ 为例, 其元胞构造包含自在层、隧道层和固定层 3 个层面（如图 1 所示)。自在层的磁场极化方向是能够扭转的, 而固定层的磁场方向是固定不变的, 在电场作用下电子会隧穿绝缘层势垒而垂直穿过器件，电流可隧穿的水平及 MTJ 的电阻均由 2 个磁性层的绝对磁化方向来确定 3 ’。当自在层的磁场方向与固定层的磁场方向雷同时, 存储单元出现低阻态“0”; 当两者磁场方向相同时, 存储单元出现高阻态“1”。MRAM 器件通过检测存储单元电阻的高下来判断所存储的数据是“0”还是“1”。
图 1MTJ 构造示意图
典型的存储单元电路构造如图 2 所示，个别是由 1 个 NMOS 管与 MTJ 单元集成在一起。NMOS 管的栅极连贯到存储阵列的字线 (word line,WL)﹐源（漏）极通过源极线(source line, SL) 与 MTJ 的固定层相连; 而连贯到 MTJ 自在层上的连线为存储阵列的位线(bit line, BL）。在位线和源极线之间施加不同的电压, 产生流过磁隧道结的写入电流(Iwrite）﹐Iwrite 可扭转磁隧道结自在层的磁化方向，使隧穿电阻变动, 实现“0”和“1”的存储。MRAM 电路的读取机制是电流从位线流入，并通过 MTJ 和 MOS 管输入，电压的大小同样依赖于 MTJ 电阻的高下, 雷同读取电流下所产生的输入电压不同。依据输入电压就能够判断存储单元所贮存的数据是“0”还是“1”。
图 2 MRAM 工作原理示意图
1 个 MTJ 和 1 个 MOSFET（即 1T1M）构造形成 MRAM 根本的存储单元, 泛滥存储单元又组成存储阵列，个别的 MRAM 电路除存储阵列之外还有相应的外围电路。如图 3 所示的存储器外围电路次要包含灵活放大器、译码电路、读 / 写控制电路等。与 SRAM 等存储器相似, 灵活放大器次要用来对位线信号进行放大。可见除了存储阵列之外, 外围电路均可采纳与传统工艺兼容的 CMOS 电路进行设计制作。
图 3 典型存储单元构造示意图
Everspin Technologies，Inc 是设计制作 MRAMSTT-MRAM 的翘楚，其市场和应用领域波及数据持久性和完整性以及低提早和安全性至关重要。Everspin MRAM 被广泛应用在数据中心，云存储和能源，工业和汽车及运输市场等畛域。Everspin 总代理英尚微电子反对提供驱动和例程以及产品利用解决方案等。